4.5. Модуляция частоты

Одним из достоинств автогенератора на ПАВ является простота осуществления модуляции частоты. В кварцевых генераторах девиация частоты достигает 0,05-1%. Получение девиации частоты больше 0,05% является сложной задачей. В генераторах на ПАВ достигается большая девиация частоты, но при несколько худшей стабильности. Модулировать частоту в автогенераторах на ПАВ можно, изменяя фазовые сдвиги в цепи обратной связи, например V, акустическую длину ЛЗ ПАВ и др.

Наиболее просто с точки зрения схемной реализации модулировать частоту в автогенераторе на ЛЗ ПАВ с согласованными статическими емкостями преобразователей либо с дополнительным фильтром в цепи обратной связи (см. рис. 4.4, 4.5) [130]. Модуляция частоты автогенератора в этом случае достигается изменением фазового сдвига во внешних по отношению к ЛЗ ПАВ или двухвходовому резонатору цепях. Изменение фазового сдвига обеспечивают регулируемые реактивные элементы, например варикапы. Недостатком такого способа модуляции является невысокая линейность модуляционной характеристики.

Простым с точки зрения схемной реализации является ЧМ генератор, у которого изменяется фаза крутизны активного элемента (транзистора), например, изменением смещения (рис. 4.21). Аналогично можно получить модуляцию частоты вводом в цепь обратной связи регулируемых фазосдвигающих каскадов. Последнее реализуется в схемах автогенераторов на рис. 4.17-4.19, введением управляющего напряжения E_упр. Однако при подобного рода модуляции автогенераторов с системами автоматического регулирования необходимо обеспечивать условия, при которых быстрые изменения частоты сигнала или его фазы, определяемые наличием модуляции, не отслеживались бы системой подстройки.

Рис. 4.21. Схема ЧМ автогенератора на ЛЗ ПАВ (E_упр - управляющее напряжение)

Недостатком описанных выше способов модуляции является ухудшение стабильности частоты генератора, усложнение его технологии и увеличение габаритов, сложность реализации на высоких частотах. Это дает основание предполагать, что более перспективным способом (особенно на СВЧ) будут способы, при которых в цепях модуляции изменяются параметры самих устройств на ПАВ.

Так, подстройку и модуляцию частоты можно осуществить, изменяя скорость распространения поверхностных акустических волн в пьезоподложке. Для этого в линии задержки (или резонаторе ПАВ) на пути распространения ПАВ предлагается установить дополнительный электрод, на который подается постоянное Е и модулирующее Е_упр напряжения, изменяющие скорость распространения ПАВ (рис. 4.22) [19].

Рис. 4.22. Линия задержки ПАВ с дополнительным электродом

Аналогично можно изменить и акустическую длину ПАВ устройства. Для этого модулирующее напряжение прикладывается к металлизированным торцам пьезоэлектрической подложки. Это напряжение за счет пьезоэффекта приводит к изменению акустической длины ЛЗ или резонатора ПАВ. Как показывает экспериментальное исследование, частота генерации от напряжения (по крайней мере, в ограниченном диапазоне) изменяется при этом линейно [23].

Недостатком этих способов модуляции частоты является то, что для получения заметной девиации модулирующее напряжение должно быть достаточно большим.

Можно между входным и выходным преобразователями ЛЗ ПАВ устанавливать дополнительный преобразователь, к которому подключать внешнюю регулируемую фазосдвигающую цепь. Изменение фазового сдвига во внешней цепи дополнительного преобразователя преобразуется в изменение фазы проходящей поверхностной акустической волны, что и приводит к изменению частоты колебаний генератора [24].

Для модуляции частоты большое распространение получает схема, показанная на рис. 4.23 [1, 2]. Она используется в автогенераторе с автоподстройкой частоты (см. рис. 4.19). В качестве регулируемого элемента в схеме на рис. 4.19 используется не потенциометр, а PIN-диоды. В деле обратной связи автогенератора используется сложная линия задержки, которая состоит из простого входного преобразователя и сложного выходного. Выходной преобразователь состоит из двух одинаковых преобразователей - основного и вспомогательного. Преобразователи соединяются между собой электрически через потенциометр. В качестве такого потенциометра могут использоваться регулируемые PIN-диоды, как на рис. 4.19. Выходные преобразователи находятся на разных расстояниях от входного преобразователя. Разница между этими расстояниями равняется λ/4. Это соответствует изменению фазы на ±π/4. Следовательно, возможная перестройка частоты составляет

где L - акустическая длина ЛЗ ПАВ.

Рис. 4.23. Схема ЧМ автогенератора на ЛЗ ПАВ: 1 - входной преобразователь, 2 - вспомогательный преобразователь; 3 - основной преобразователь